JP2019173254A - Paper or paper board containing cellulose nanofiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はセルロースナノファイバーを含有する紙または板紙に関する。 The present invention relates to paper or paperboard containing cellulose nanofibers.
一般に、紙や板紙は印刷や各種加工等を経てユーザーの手元に届けられるが、その過程で紙や板紙には強度が求められることが多い。強度を向上させた紙として、機械パルプを含有する上質紙(特許文献1)や、紙力向上剤を添加した紙などが知られている。また、近年では、紙力向上剤の効果を補強するためにセルロースナノファイバーを添加することも検討されている(特許文献2)。しかし、特許文献1に記載の技術は機械パルプを多く含有するため紙の地合が悪化しやすい等の問題があった。また、特許文献2に記載の技術は比較的強度が出やすい上質系パルプを使用した紙での検討である。一方で、古紙を多く使用した紙または板紙についての強度向上が求められていた。 In general, paper and paperboard are delivered to the user through printing, various processing, and the like, and the strength of the paper and paperboard is often required in the process. As paper with improved strength, high-quality paper containing mechanical pulp (Patent Document 1), paper added with a paper strength improver, and the like are known. In recent years, addition of cellulose nanofibers has been studied to reinforce the effect of the paper strength improver (Patent Document 2). However, since the technique described in Patent Document 1 contains a large amount of mechanical pulp, there is a problem that the formation of paper tends to deteriorate. Moreover, the technique described in Patent Document 2 is a study on paper using high-quality pulp that is relatively easy to obtain strength. On the other hand, the strength improvement about the paper or paperboard which used many used paper was calculated | required.
発明者らは、強度向上のためにセルロースナノファイバーを多く添加すると地合が低下し、この傾向は古紙パルプを含む紙または板紙において顕著であることを見出した。かかる事情を鑑み、本発明は、地合を損なわずに、古紙パルプを含む高強度の紙または板紙を提供することを課題とする。 The inventors of the present invention have found that when a large amount of cellulose nanofiber is added to improve the strength, the formation is lowered, and this tendency is remarkable in paper or paperboard containing waste paper pulp. In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide high-strength paper or paperboard containing waste paper pulp without damaging the formation.
発明者らは、セルロースナノファイバーを含有させることで前記課題を解決した。すなわち、前記課題は以下の本発明によって解決される。
(1)古紙パルプを20重量%以上含有し、
少なくとも1つの紙層が、当該紙層のパルプに対して3〜10,000重量ppmのセルロースナノファイバーを含有する、紙または板紙。
(2)前記セルロースナノファイバーがカルボキシル化セルロースナノファイバーである、(1)に記載の紙または板紙。
(3)前記セルロースナノファイバーが、N−オキシル化合物を用いた酸化により得られたカルボキシル化セルロースナノファイバーである、(1)または(2)に記載の紙または板紙。
(4)前記セルロースナノファイバーがカルボキシメチル化セルロースナノファイバーである、(1)に記載の紙または板紙。
(5)前記古紙パルプが、未脱墨古紙パルプ、脱墨古紙パルプ、およびこれらの組合せからなる群から選択される、(1)〜(4)のいずれかに記載の紙または板紙。
(6)前記古紙パルプが雑誌古紙パルプである、(1)〜(5)のいずれかに記載の紙または板紙。
(7)前記(1)〜(6)のいずれかに記載の紙または板紙の製造方法であって、
古紙パルプおよびセルロースナノファイバーを含有するパルプスラリーを抄紙する工程を含む、紙または板紙の製造方法。
Inventors solved the said subject by containing a cellulose nanofiber. That is, the said subject is solved by the following this invention.
(1) Contains 20% by weight or more of waste paper pulp,
Paper or paperboard, wherein at least one paper layer contains 3 to 10,000 ppm by weight of cellulose nanofibers relative to the pulp of the paper layer.
(2) Paper or paperboard as described in (1) whose said cellulose nanofiber is carboxylated cellulose nanofiber.
(3) The paper or paperboard according to (1) or (2), wherein the cellulose nanofiber is a carboxylated cellulose nanofiber obtained by oxidation using an N-oxyl compound.
(4) The paper or paperboard according to (1), wherein the cellulose nanofibers are carboxymethylated cellulose nanofibers.
(5) The paper or paperboard according to any one of (1) to (4), wherein the waste paper pulp is selected from the group consisting of undeinked waste paper pulp, deinked waste paper pulp, and combinations thereof.
(6) The paper or paperboard according to any one of (1) to (5), wherein the waste paper pulp is magazine waste paper pulp.
(7) The paper or paperboard production method according to any one of (1) to (6),
A method for producing paper or paperboard, comprising a step of papermaking a pulp slurry containing waste paper pulp and cellulose nanofibers.
本発明により、地合を損なわずに、古紙パルプを含む高強度の紙または板紙を提供できる。 According to the present invention, high-strength paper or paperboard containing waste paper pulp can be provided without damaging the formation.
以下、本発明を詳細に説明する。本発明において「X〜Y」はその端値であるXおよびYを含む。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the present invention, “X to Y” includes X and Y which are the end values.
1.セルロースナノファイバー含有紙または板紙
本発明の紙または板紙は特定量の古紙パルプおよびセルロースナノファイバー(以下「CNF」ともいう)を含む。板紙とは、一般に紙の中でも特に厚いものを指すが、本発明においては、例えば、段ボール原紙、板紙原紙、白板紙、チップボール、黄ボール、紙器原紙、キャリアテープ等の多層紙を「板紙」といい、単層紙を「紙」という。本発明の紙または板紙は少なくとも1つの紙層にセルロースナノファイバーを含有する。
1. Cellulose nanofiber-containing paper or paperboard The paper or paperboard of the present invention contains a specific amount of waste paper pulp and cellulose nanofiber (hereinafter also referred to as “CNF”). The paperboard generally refers to a particularly thick paper, but in the present invention, for example, a cardboard base paper, a paperboard base paper, a white paperboard, a chipboard, a yellow ball, a paperboard base paper, a carrier tape, a multilayer paper such as a “paperboard” Single-layer paper is called “paper”. The paper or paperboard of the present invention contains cellulose nanofibers in at least one paper layer.
(1)紙層
単層紙である紙はパルプを主原料とした1つの紙層を備え、多層紙である板紙はパルプを主原料とした複数の紙層を備える。板紙における紙層は2層以上が好ましく、例えば2層の場合は「表層」「裏層」、3層の場合は「表層」「中層」「裏層」、4層の場合は「表層」「表下層」「裏下層」「裏層」、5層の場合は「表層」「表下層」「中層」「裏下層」「裏層」から構成される。5層以上の場合は、5層の場合のいずれの層を複数層としてもよいが、中層を複数層とすることが好ましい。前記各層の処方は全て同一でもよく、全て異なってもよいが、前記紙層のいずれか2層以上を同一の処方としてもよい。
(1) Paper layer Paper that is a single-layer paper includes one paper layer that uses pulp as a main material, and paperboard that is a multilayer paper includes a plurality of paper layers that use pulp as a main material. The paper layer in the paperboard is preferably two or more. For example, in the case of two layers, “surface layer” “back layer”, in the case of three layers “surface layer” “middle layer” “back layer”, in the case of four layers “surface layer” “ In the case of 5 layers, it consists of “surface layer”, “surface layer”, “middle layer”, “surface layer”, and “surface layer”. In the case of five or more layers, any of the five layers may be a plurality of layers, but the middle layer is preferably a plurality of layers. The prescriptions for each layer may be the same or different, but any two or more of the paper layers may be the same prescription.
本発明では原料パルプとして古紙パルプを用いる。古紙パルプの原料としては、新聞古紙、段ボール古紙、上質古紙、雑誌古紙、未印刷古紙、廃棄機密文書等の紙類等に由来するものが挙げられる。古紙パルプは、未脱墨古紙パルプであってもよいし、脱墨古紙パルプであってもよい。これらの中でも紙力向上効果をより高いレベルで発現できるという観点から未脱墨の古紙パルプが好ましく、未脱墨の雑誌古紙パルプがより好ましい。それ以外のパルプは特に限定されず、広葉樹由来のパルプ、針葉樹由来のパルプ、非木材パルプなどが挙げられる。本発明の紙または板紙は、全パルプ中(絶乾)に古紙パルプを20重量%以上含有する。古紙パルプの存在する紙層は限定されず、すべての紙層に存在してもよいし、特定の紙層に存在してもよい。古紙パルプ含有量の下限は40重量%以上であることが好ましく、60重量%以上であることがより好ましく、90重量%以上であることがさらに好ましい。上限は限定されず、100重量%でもよいが98重量%以下であることが好ましい。 In the present invention, waste paper pulp is used as the raw material pulp. Examples of the raw material for waste paper pulp include those derived from paper such as newspaper waste paper, cardboard waste paper, high-quality waste paper, magazine waste paper, unprinted waste paper, and discarded confidential documents. The waste paper pulp may be undeinked waste paper pulp or deinked waste paper pulp. Among these, undeinked waste paper pulp is preferable, and undeinked magazine waste paper pulp is more preferable from the viewpoint that the effect of improving paper strength can be expressed at a higher level. Other pulps are not particularly limited, and examples include hardwood-derived pulp, softwood-derived pulp, and non-wood pulp. The paper or board of the present invention contains 20% by weight or more of waste paper pulp in the whole pulp (absolutely dry). The paper layer in which the waste paper pulp exists is not limited, and may be present in all paper layers or may be present in a specific paper layer. The lower limit of the waste paper pulp content is preferably 40% by weight or more, more preferably 60% by weight or more, and still more preferably 90% by weight or more. The upper limit is not limited and may be 100% by weight, but is preferably 98% by weight or less.
(2)セルロースナノファイバー(CNF)
CNFの含有量は紙層中のパルプ(絶乾)に対し3〜10,000重量ppmである。本発明においてCNFはパルプとは異なる。紙層がCNFを含有することで、古紙パルプを含む紙または板紙の強度を向上できる。この観点から、CNF含有量の下限は5重量ppm以上であることが好ましく、10重量ppm以上であることがより好ましい。好ましい上限は、8000重量ppm以下、5000重量ppm以下、1000重量ppm以下、500重量ppm以下、または100重量ppm以下である。CNFは水分を保持する効果が高いため、CNFの添加量が10,000ppmを超えると、パルプスラリーの水切れが悪くなり製造時の抄速が上がらない可能性があり、紙としたときの紙中水分が高くなりすぎて紙の強度が低下する恐れがある。発明者らは古紙パルプを20重量%以上含有するパルプスラリーに比較的少量のCNFを添加することで、パルプスラリーの物性を大きく変化させることなく高い紙力向上効果が得られることを見出した。
(2) Cellulose nanofiber (CNF)
The content of CNF is 3 to 10,000 ppm by weight with respect to the pulp (absolutely dry) in the paper layer. In the present invention, CNF is different from pulp. When the paper layer contains CNF, the strength of paper or paperboard containing waste paper pulp can be improved. From this viewpoint, the lower limit of the CNF content is preferably 5 ppm by weight or more, and more preferably 10 ppm by weight or more. A preferable upper limit is 8000 ppm by weight or less, 5000 ppm by weight or less, 1000 ppm by weight or less, 500 ppm by weight or less, or 100 ppm by weight or less. Since CNF is highly effective in retaining moisture, if the amount of CNF added exceeds 10,000 ppm, the drainage of the pulp slurry may deteriorate and the papermaking speed during production may not increase. There is a risk that the moisture will be too high and the strength of the paper will decrease. The inventors have found that by adding a relatively small amount of CNF to a pulp slurry containing 20% by weight or more of waste paper pulp, a high paper strength improvement effect can be obtained without greatly changing the physical properties of the pulp slurry.
CNFとは、セルロース系原料を解繊することにより得られる平均繊維径2〜200nm、平均繊維長0.1〜5μm程度のセルロースのシングルミクロフィブリルである。本発明で用いるCNFの平均繊維径は4〜100nm程度であることが好ましく、長さは0.2〜1μm程度が好ましい。CNFの平均繊維径および平均繊維長は、原子間力顕微鏡(AFM)または透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、各繊維を観察した結果から得られる繊維径および繊維長を平均することによって得られる。 CNF is a single microfibril of cellulose having an average fiber diameter of 2 to 200 nm and an average fiber length of 0.1 to 5 μm obtained by defibrating a cellulose-based raw material. The average fiber diameter of CNF used in the present invention is preferably about 4 to 100 nm, and the length is preferably about 0.2 to 1 μm. The average fiber diameter and average fiber length of CNF are obtained by averaging the fiber diameter and fiber length obtained from the observation results of each fiber using an atomic force microscope (AFM) or a transmission electron microscope (TEM). It is done.
本発明で用いるCNFとしては、セルロース系原料を化学変性した後に解繊して製造したCNFを用いてもよいし、化学変性を行わずに機械解繊のみで製造したCNFを用いてもよい。化学変性は限定されず、例えば、酸化、エーテル化、リン酸化、エステル化、シランカップリング、フッ素化、カチオン化などが挙げられる。中でも、酸化(カルボキシル化)またはエーテル化(カルボキシメチル化)が好ましい。以下、カルボキシル化とカルボキシメチル化を例にして化学変性について説明する。 As CNF used by this invention, the CNF manufactured by carrying out the chemical | medical modification after cellulose-denatured raw material may be used, and the CNF manufactured only by the mechanical fibrillation without performing chemical modification may be used. Chemical modification is not limited, and examples thereof include oxidation, etherification, phosphorylation, esterification, silane coupling, fluorination, and cationization. Of these, oxidation (carboxylation) or etherification (carboxymethylation) is preferred. Hereinafter, the chemical modification will be described using carboxylation and carboxymethylation as examples.
1)原料セルロース
セルロース系原料は特に限定されず、各種木材由来のクラフトパルプまたはサルファイトパルプ、それらを高圧ホモジナイザーやミル等で粉砕した粉末セルロース、あるいはそれらを酸加水分解などの化学処理により精製した微結晶セルロース粉末などを使用できる。また、ケナフ、麻、イネ、バガス、竹等の植物を使用することもできる。この中でも、漂白済みクラフトパルプ、漂白済みサルファイトパルプ、粉末セルロース、微結晶セルロース粉末が好ましく、粉末セルロース、微結晶セルロース粉末がより好ましい。
1) Cellulose raw material Cellulose-based raw materials are not particularly limited, and kraft pulp or sulfite pulp derived from various woods, powdered cellulose obtained by pulverizing them with a high-pressure homogenizer, a mill, or the like, or purified by chemical treatment such as acid hydrolysis. Microcrystalline cellulose powder or the like can be used. In addition, plants such as kenaf, hemp, rice, bagasse and bamboo can also be used. Among these, bleached kraft pulp, bleached sulfite pulp, powdered cellulose, and microcrystalline cellulose powder are preferable, and powdered cellulose and microcrystalline cellulose powder are more preferable.
粉末セルロースとは、木材パルプの非結晶部分を酸加水分解処理で除去した後、粉砕および篩い分けすることで得られる微結晶性セルロースからなる棒軸状粒子である。粉末セルロースにおけるセルロースの重合度は好ましくは100〜500程度であり、X線回折法による粉末セルロースの結晶化度は好ましくは70〜90%であり、レーザー回折式粒度分布測定装置による体積平均粒子径は好ましくは100μm以下であり、より好ましくは50μm以下である。体積平均粒子径が100μm以下であると、流動性に優れるセルロースナノファイバー分散液を得ることができる。本発明で用いる粉末セルロースとしては、例えば、精選パルプを酸加水分解した後に得られる未分解残渣を精製および乾燥し、粉砕および篩い分けするといった方法により製造される棒軸状である一定の粒径分布を有する結晶性セルロース粉末を用いてもよいし、KCフロックR(日本製紙ケミカル社製)、セオラスTM(旭化成ケミカルズ社製)、アビセルR(FMC社製)などの市販品を用いてもよい。 Powdered cellulose is a rod-like particle made of microcrystalline cellulose obtained by removing a non-crystalline portion of wood pulp by acid hydrolysis, and then pulverizing and sieving. The degree of polymerization of cellulose in the powdered cellulose is preferably about 100 to 500, the degree of crystallinity of the powdered cellulose by X-ray diffraction is preferably 70 to 90%, and the volume average particle size by a laser diffraction type particle size distribution measuring device. Is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. When the volume average particle diameter is 100 μm or less, a cellulose nanofiber dispersion excellent in fluidity can be obtained. As the powdered cellulose used in the present invention, for example, a fixed particle size in the form of a rod shaft produced by a method in which an undegraded residue obtained after acid hydrolysis of a selected pulp is purified and dried, and pulverized and sieved. A crystalline cellulose powder having a distribution may be used, or commercially available products such as KC Flock R (manufactured by Nippon Paper Chemicals Co., Ltd.), Theolas TM (manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd.), and Avicel R (manufactured by FMC) may be used. .
2)酸化(カルボキシル化)
酸化は、(1)N−オキシル化合物、および(2)臭化物、ヨウ化物またはそれらの混合物の存在下で、酸化剤を用いて実施できる。セルロース系原料を酸化する際に用いるN−オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であれば、いずれの化合物も使用できる。例えば、本発明で使用されるN−オキシル化合物としては、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシラジカル(以下、「TEMPO」ともいう)、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシラジカル(以下、「4−ヒドロキシTEMPO」ともいう)を発生する化合物が好ましい。また、TEMPOまたは4−ヒドロキシTEMPOから得られる誘導体も用いることができ、特に、4−ヒドロキシTEMPOの誘導体が最も好ましい。4−ヒドロキシTEMPO誘導体としては、4−ヒドロキシTEMPOの水酸基を、炭素数4以下の直鎖または分岐状炭素鎖を有するアルコールでエーテル化して得られる誘導体、あるいはカルボン酸またはスルホン酸でエステル化して得られる誘導体が好ましい。4−ヒドロキシTEMPOをエーテル化する際には、炭素数が4以下のアルコールを用いれば、アルコール中の飽和、不飽和結合の有無にかかわらず、得られる誘導体が水溶性となり、酸化触媒として良好に機能する4−ヒドロキシTEMPO誘導体を得ることができる。さらに、アザアダマンタン型ニトロキシラジカルも短時間で均一なCNFを製造できるため好ましい。
2) Oxidation (carboxylation)
Oxidation can be carried out with an oxidizing agent in the presence of (1) N-oxyl compound and (2) bromide, iodide or mixtures thereof. As the N-oxyl compound used for oxidizing the cellulosic raw material, any compound can be used as long as it promotes the target oxidation reaction. For example, examples of the N-oxyl compound used in the present invention include 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (hereinafter also referred to as “TEMPO”), 4-hydroxy-2, A compound that generates a 2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (hereinafter also referred to as “4-hydroxy TEMPO”) is preferable. Moreover, the derivative | guide_body obtained from TEMPO or 4-hydroxy TEMPO can also be used, and the derivative | guide_body of 4-hydroxy TEMPO is the most preferable especially. The 4-hydroxy TEMPO derivative is a derivative obtained by etherifying the hydroxyl group of 4-hydroxy TEMPO with an alcohol having a linear or branched carbon chain having 4 or less carbon atoms, or obtained by esterification with a carboxylic acid or a sulfonic acid. The derivatives are preferred. When 4-hydroxy TEMPO is etherified, if an alcohol having 4 or less carbon atoms is used, the resulting derivative becomes water-soluble regardless of the presence or absence of a saturated or unsaturated bond in the alcohol, making it an excellent oxidation catalyst. A functional 4-hydroxy TEMPO derivative can be obtained. Furthermore, an azaadamantane type nitroxy radical is also preferable because it can produce uniform CNF in a short time.
セルロース系原料を酸化する際に用いるTEMPOや4−ヒドロキシTEMPO誘導体などのN−オキシル化合物の量は、セルロース系原料をナノファイバー化できる触媒量であれば特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.01〜10mmol好ましくは0.05〜5mmol程度である。 The amount of the N-oxyl compound such as TEMPO or 4-hydroxy TEMPO derivative used for oxidizing the cellulosic raw material is not particularly limited as long as it is a catalytic amount capable of converting the cellulosic raw material into nanofibers. For example, it is about 0.01 to 10 mmol, preferably about 0.05 to 5 mmol, with respect to 1 g of cellulosic raw material.
セルロース系原料の酸化に用いる臭化物またはヨウ化物としては、水中で解離してイオン化可能な化合物、例えば臭化アルカリ金属やヨウ化アルカリ金属などを使用することができる。臭化物またはヨウ化物の使用量は酸化反応を促進できる範囲で選択できる。例えば、絶乾1gのセルロース系原料に対して0.1〜100mmol、好ましくは0.1〜10mmol、さらに好ましくは0.5〜5mmol程度である。 As the bromide or iodide used for oxidation of the cellulose-based raw material, a compound that can be dissociated and ionized in water, such as an alkali metal bromide or an alkali metal iodide, can be used. The amount of bromide or iodide used can be selected as long as the oxidation reaction can be promoted. For example, it is 0.1 to 100 mmol, preferably 0.1 to 10 mmol, and more preferably about 0.5 to 5 mmol with respect to 1 g of cellulosic raw material.
セルロース系原料の酸化に用いる酸化剤としては、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物など、目的の酸化反応を推進し得る酸化剤であれば、いずれの酸化剤も使用できる。中でも、生産コストの観点から、現在工業プロセスにおいて最も汎用されている安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムが特に好ましい。酸化剤の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。例えば、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.5〜500mmol、好ましくは0.5〜50mmol、さらに好ましくは2.5〜25mmol程度である。 Oxidizing agents that can promote the desired oxidation reaction, such as halogens, hypohalous acids, halous acids, perhalogen acids or their salts, halogen oxides, peroxides, etc. Any oxidizing agent can be used. Among these, from the viewpoint of production cost, sodium hypochlorite, which is most widely used in industrial processes at present and is low in environmental load, is particularly preferable. The amount of the oxidizing agent used can be selected within a range that can promote the oxidation reaction. For example, it is about 0.5 to 500 mmol, preferably 0.5 to 50 mmol, and more preferably about 2.5 to 25 mmol with respect to 1 g of cellulosic raw material.
本発明におけるセルロース系原料の酸化は、上記のとおり、(1)4−ヒドロキシTEMPO誘導体などのN−オキシル化合物と、(2)臭化物、ヨウ化物およびこれらの混合物からなる群から選択される化合物の存在下で、次亜塩素酸ナトリウムなどの酸化剤を用いて、水中で実施することが好ましい。この方法は、温和な条件であってもセルロース系原料の酸化反応を円滑に効率良く進行させることができるため、反応温度は15〜30℃程度の室温であってもよい。反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシル基が生成するため、反応液のpHの低下が認められるが、酸化反応を効率良く進行させるためには水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加して反応液のpHを9〜12、好ましくは10〜11程度に維持することが望ましい。 As described above, the oxidation of the cellulose-based raw material in the present invention is carried out by (1) a compound selected from the group consisting of N-oxyl compounds such as 4-hydroxy TEMPO derivatives and (2) bromide, iodide, and mixtures thereof. In the presence, it is preferably carried out in water using an oxidizing agent such as sodium hypochlorite. In this method, since the oxidation reaction of the cellulosic raw material can proceed smoothly and efficiently even under mild conditions, the reaction temperature may be about 15 to 30 ° C. As the reaction progresses, a carboxyl group is generated in the cellulose, so a decrease in the pH of the reaction solution is observed, but in order to advance the oxidation reaction efficiently, an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution is added to react. It is desirable to maintain the pH of the liquid at 9 to 12, preferably 10 to 11.
酸化セルロースのカルボキシル基量は、セルロース絶乾1gに対して、0.5mmol/g以上が好ましく、0.9mmol/g以上がより好ましく、1.2mmol/g以上であることがさらに好ましい。上限としては、2.2mmmol以下程度であり、好ましくは2.0mmol以下であり、1.8mmol以下であることがより好ましい。当該カルボキシル基量は、セルロースの0.5重量%スラリーを60mL調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて算出することができる。
カルボキシル基量(mmol/gパルプ)=a(mL)×0.05/セルロース重量(g)
The amount of carboxyl groups in the oxidized cellulose is preferably 0.5 mmol / g or more, more preferably 0.9 mmol / g or more, and further preferably 1.2 mmol / g or more with respect to 1 g of cellulose dry. The upper limit is about 2.2 mmol or less, preferably 2.0 mmol or less, and more preferably 1.8 mmol or less. The carboxyl group amount was adjusted to 60 by preparing 60 mL of a 0.5 wt% slurry of cellulose and adding 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution to pH 2.5, then dropping 0.05 N sodium hydroxide aqueous solution dropwise to adjust the pH to 11. The electric conductivity is measured until it is, and it can be calculated from the amount of sodium hydroxide (a) consumed in the neutralization step of the weak acid where the change in electric conductivity is slow, using the following equation.
Carboxyl group amount (mmol / g pulp) = a (mL) × 0.05 / cellulose weight (g)
3)エーテル化(カルボキシメチル化)
エーテル化は、発底原料としてのセルロース原料をマーセル化し、その後エーテル化することで実施できる。当該反応には通常、溶媒が使用される。溶媒としては例えば、水、アルコール(例えば低級アルコール)およびこれらの混合溶媒が挙げられる。低級アルコールとしては例えば、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノールが挙げられる。混合溶媒における低級アルコールの混合割合は、通常は60重量%以上または95重量%以下であり、60〜95重量%であることが好ましい。溶媒の量は、セルロース原料に対し通常は3重量倍である。当該量の上限は特に限定されないが20重量倍である。従って、溶媒の量は3〜20重量倍であることが好ましい。
3) Etherification (carboxymethylation)
Etherification can be carried out by mercerizing a cellulose raw material as a bottoming raw material and then etherifying. Usually, a solvent is used for the reaction. Examples of the solvent include water, alcohol (for example, lower alcohol), and a mixed solvent thereof. Examples of the lower alcohol include methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butanol, isobutanol, and tertiary butanol. The mixing ratio of the lower alcohol in the mixed solvent is usually 60% by weight or more or 95% by weight or less, and preferably 60 to 95% by weight. The amount of the solvent is usually 3 times the weight of the cellulose raw material. Although the upper limit of the amount is not particularly limited, it is 20 times by weight. Therefore, the amount of the solvent is preferably 3 to 20 times by weight.
マーセル化は通常、発底原料とマーセル化剤を混合して行う。マーセル化剤としては例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化アルカリ金属が挙げられる。マーセル化剤の使用量は、発底原料の無水グルコース残基当たり0.5倍モル以上が好ましく、1.0モル以上がより好ましく、1.5倍モル以上であることがさらに好ましい。当該量の上限は、通常20倍モル以下であり、10倍モル以下が好ましく、5倍モル以下がより好ましい、従って、マーセル化剤の使用量は0.5〜20倍モルが好ましく、1.0〜10倍モルがより好ましく、1.5〜5倍モルがさらに好ましい。 Mercerization is usually performed by mixing a bottoming raw material and a mercerizing agent. Examples of mercerizing agents include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. The amount of the mercerizing agent used is preferably 0.5 times mol or more, more preferably 1.0 mol or more, and further preferably 1.5 times mol or more per anhydroglucose residue of the starting material. The upper limit of the amount is usually 20 times mol or less, preferably 10 times mol or less, more preferably 5 times mol or less. Therefore, the amount of mercerizing agent used is preferably 0.5 to 20 times mol, and 1. 0-10 times mole is more preferable, and 1.5-5 times mole is further more preferable.
マーセル化の反応温度は、通常0℃以上であり、好ましくは10℃以上であり、上限は通常70℃以下、好ましくは60℃以下である。従って、反応温度は通常0〜70℃、好ましくは10〜60℃である。反応時間は、通常15分以上、好ましくは30分以上である。当該時間の上限は、通常8時間以下、好ましくは7時間以下である。従って、反応時間は、通常は15分〜8時間、好ましくは30分〜7時間である。 The mercerization reaction temperature is usually 0 ° C. or higher, preferably 10 ° C. or higher, and the upper limit is usually 70 ° C. or lower, preferably 60 ° C. or lower. Therefore, the reaction temperature is usually 0 to 70 ° C, preferably 10 to 60 ° C. The reaction time is usually 15 minutes or longer, preferably 30 minutes or longer. The upper limit of the time is usually 8 hours or less, preferably 7 hours or less. Therefore, the reaction time is usually 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours.
エーテル化反応は通常、カルボキシメチル化剤をマーセル化後に反応系に追加して行う。カルボキシメチル化剤としては例えば、モノクロロ酢酸ナトリウムが挙げられる。カルボキシメチル化剤の添加量は、セルロース原料のグルコース残基当たり通常は0.05倍モル以上が好ましく、0.5倍モル以上がより好ましく、0.8倍モル以上であることがさらに好ましい。当該量の上限は、通常10.0倍モル以下であり、5モル以下が好ましく、3倍モル以下がより好ましい、従って、当該量は好ましくは0.05〜10.0倍モルであり、より好ましくは0.5〜5倍モルであり、さらに好ましくは0.8〜3倍モルである。反応温度は通常30℃以上、好ましくは40℃以上であり、上限は通常90℃以下、好ましくは80℃以下である。従って反応温度は通常30〜90℃、好ましくは40〜80℃である。反応時間は、通常30分以上であり、好ましくは1時間以上であり、その上限は、通常は10時間以下、好ましくは4時間以下である。従って反応時間は、通常は30分〜10時間であり、好ましくは1時間〜4時間である。カルボキシメチル化反応の間必要に応じて、反応液を撹拌してもよい。 The etherification reaction is usually performed by adding a carboxymethylating agent to the reaction system after mercerization. Examples of the carboxymethylating agent include sodium monochloroacetate. The addition amount of the carboxymethylating agent is usually preferably 0.05 times mol or more, more preferably 0.5 times mol or more, and further preferably 0.8 times mol or more per glucose residue of the cellulose raw material. The upper limit of the amount is usually 10.0 times mol or less, preferably 5 mol or less, more preferably 3 times mol or less, and therefore the amount is preferably 0.05 to 10.0 times mol, more Preferably it is 0.5-5 times mole, More preferably, it is 0.8-3 times mole. The reaction temperature is usually 30 ° C. or higher, preferably 40 ° C. or higher, and the upper limit is usually 90 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or lower. Accordingly, the reaction temperature is usually 30 to 90 ° C, preferably 40 to 80 ° C. The reaction time is usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, and the upper limit is usually 10 hours or shorter, preferably 4 hours or shorter. Therefore, the reaction time is usually 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour to 4 hours. The reaction solution may be stirred as necessary during the carboxymethylation reaction.
カルボキシメチル化セルロース中の無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は、0.01以上が好ましく、0.05以上がより好ましく、0.10以上であることがさらに好ましい。当該置換度の上限は、0.50以下が好ましく、0.40以下がより好ましく、0.35以下がさらに好ましい。従って、カルボキシメチル基置換度は、0.01〜0.50が好ましく、0.05〜0.40がより好ましく、0.10〜0.30がさらに好ましい。 The degree of carboxymethyl substitution per anhydroglucose unit in carboxymethylated cellulose is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, and further preferably 0.10 or more. The upper limit of the degree of substitution is preferably 0.50 or less, more preferably 0.40 or less, and still more preferably 0.35 or less. Accordingly, the degree of carboxymethyl group substitution is preferably from 0.01 to 0.50, more preferably from 0.05 to 0.40, and even more preferably from 0.10 to 0.30.
カルボキシメチル化セルロースのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度の測定は例えば、次の方法による。すなわち、1)カルボキシメチル化セルロース(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。2)硝酸メタノール1000mLに特級濃硝酸100mLを加えた液100mLを加え、3時間振とうして、カルボキシメチルセルロース塩(カルボキシメチル化セルロース)を水素型カルボキシメチル化セルロースにする。3)水素型カルボキシメチル化セルロース(絶乾)を1.5〜2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。4)80%メタノール15mLで水素型カルボキシメチル化セルロースを湿潤し、0.1NのNaOHを100mL加え、室温で3時間振とうする。5)指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1NのH2SO4で過剰のNaOHを逆滴定する。6)カルボキシメチル置換度(DS)を、次式によって算出する:
A=[(100×F’−(0.1NのH2SO4)(mL)×F)×0.1]/(水素型カルボキシメチル化セルロースの絶乾重量(g))
DS=0.162×A/(1−0.058×A)
A:水素型カルボキシメチル化セルロースの1gの中和に要する1NのNaOH量(mL)
F:0.1NのH2SO4のファクター
F’:0.1NのNaOHのファクター
Measurement of the degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of carboxymethylated cellulose is, for example, by the following method. That is, 1) About 2.0 g of carboxymethylated cellulose (absolutely dry) is precisely weighed and put into a 300 mL conical stoppered Erlenmeyer flask. 2) Add 100 mL of a solution obtained by adding 100 mL of special grade concentrated nitric acid to 1000 mL of nitric acid methanol and shake for 3 hours to convert the carboxymethylcellulose salt (carboxymethylated cellulose) to hydrogen-type carboxymethylated cellulose. 3) 1.5-2.0 g of hydrogen-type carboxymethylated cellulose (absolutely dry) is precisely weighed and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 4) Wet the hydrogen-type carboxymethylated cellulose with 15 mL of 80% methanol, add 100 mL of 0.1N NaOH, and shake at room temperature for 3 hours. 5) Back titrate excess NaOH with 0.1N H 2 SO 4 using phenolphthalein as indicator. 6) The degree of carboxymethyl substitution (DS) is calculated by the following formula:
A = [(100 × F ′ − (0.1 N H 2 SO 4 ) (mL) × F) × 0.1] / (absolute dry weight of hydrogen-type carboxymethylated cellulose (g))
DS = 0.162 × A / (1-0.058 × A)
A: 1N NaOH amount (mL) required for neutralizing 1 g of hydrogen-type carboxymethylated cellulose
F: Factor of 0.1N H 2 SO 4 F ′: Factor of 0.1N NaOH
4)解繊
このように化学変性されたセルロース系原料を、湿式微粒化処理して解繊することにより、CNFを製造できる。湿式微粒化処理としては、例えば、高速せん断ミキサーや高圧ホモジナイザー等の混合、撹拌、乳化、分散装置を必要に応じて単独もしくは2種類以上組合せて用いることができる。特に、100MPa以上、好ましくは120MPa以上、さらに好ましくは140MPa以上の圧力を印加できる超高圧ホモジナイザーを用いて湿式微粒化処理を行なうとCNFを効率よく製造できる。
4) Defibration CNF can be manufactured by carrying out the wet atomization process and defibrating the cellulose raw material chemically modified in this way. As the wet atomization treatment, for example, mixing, stirring, emulsifying, and dispersing devices such as a high-speed shear mixer and a high-pressure homogenizer can be used alone or in combination of two or more. In particular, CNF can be efficiently produced by performing wet atomization using an ultra-high pressure homogenizer capable of applying a pressure of 100 MPa or more, preferably 120 MPa or more, and more preferably 140 MPa or more.
CNFのカルボキシル基量は、原料である酸化セルロースのカルボキシ基量と同じである。またCNFのカルボキシメチル置換度も、原料であるカルボキシメチル化セルロースのカルボキシメチル置換度と同じである。 The amount of carboxyl groups in CNF is the same as the amount of carboxyl groups in oxidized cellulose that is a raw material. The degree of carboxymethyl substitution of CNF is also the same as the degree of carboxymethyl substitution of the carboxymethylated cellulose that is the raw material.
5)CNFを混合したパルプ
CNFを混合したパルプの濾水度(c.s.f)は限定されないが、0〜600mLであることが好ましい。当該パルプを板紙に用いる場合、濾水度(c.s.f)の下限は50mL以上であることが好ましい。当該パルプを紙(板紙以外)に用いる場合、濾水度(c.s.f)の上限は500mL以下であることが好ましい。パルプ濾水度が低すぎると、抄紙時の水切れが悪く、抄速が上がらない、得られる紙の地合が悪化する等の問題が生じる可能性があるため、パルプ濾水度は100mL以上であることがより好ましく、200mL以上であることがさらに好ましい。
5) Pulp mixed with CNF The freeness (csf) of the pulp mixed with CNF is not limited, but is preferably 0 to 600 mL. When the pulp is used for paperboard, the lower limit of the freeness (csf) is preferably 50 mL or more. When the pulp is used for paper (other than paperboard), the upper limit of the freeness (csf) is preferably 500 mL or less. If the pulp freeness is too low, water drainage during paper making is poor, the speed of paper making does not increase, and problems such as deterioration of the resulting paper may occur. More preferably, it is more preferably 200 mL or more.
(3)特性
本発明のCNF含有紙の坪量は10〜500g/m2であることが好ましく、20〜260g/m2であることがより好ましい。また、紙厚は10〜1000μmであることが好ましい。また、本発明のCNF含有板紙の坪量は90〜1600g/m2であることが好ましく、150〜900g/m2であることがより好ましい。また、多層紙の各層の紙厚の合計は、100〜1700μm程度であることが好ましく、150〜1000μmであることが好ましい。
(3) a basis weight of CNF containing paper characteristics present invention is preferably from 10 to 500 g / m 2, and more preferably 20~260g / m 2. The paper thickness is preferably 10 to 1000 μm. The basis weight of CNF containing paperboard of the present invention is preferably from 90~1600g / m 2, and more preferably 150~900g / m 2. The total thickness of each layer of the multilayer paper is preferably about 100 to 1700 μm, and preferably 150 to 1000 μm.
本発明のCNF含有紙または板紙は地合に優れる。地合とは、紙の中における繊維の分布の均一性である。地合は光透過光変動法により測定できる。光透過光変動法は、サンプルの透過光量の面内分布を測定する方法である。具体的に地合は、1)サンプルに光を照射し、その透過光により得られた像を得て、2)その画像をいくつかのセルに分割して各セルのグレーレベルを測定し、4)グレーレベルの標準偏差を算出し、5)標準偏差から求めた地合指数により評価されることが好ましい。地合指数とは、地合の良さを表すパラメータであり、その値が低いほど地合が良好であることを示す。紙の場合は、抄紙された紙を用いて地合を測定することができ、板紙の場合は多層紙の各層を分割した後に地合を測定することができる。CNFを多く含有する紙または板紙は、脱水不良、パルプのフロック化などにより地合が悪化する傾向があるが、本発明の紙または板紙はCNFの添加量が少ないので、地合を悪化させることなくCNFの紙力向上効果を得ることができる。 The CNF-containing paper or paperboard of the present invention is excellent in formation. Formation is the uniformity of fiber distribution in the paper. The formation can be measured by the light transmission variation method. The light transmitted light variation method is a method for measuring the in-plane distribution of the transmitted light amount of a sample. Specifically, 1) irradiate the sample with light, obtain an image obtained by the transmitted light, 2) divide the image into several cells, measure the gray level of each cell, 4) It is preferable that the gray level standard deviation is calculated, and 5) it is evaluated by the formation index obtained from the standard deviation. The formation index is a parameter representing the goodness of formation, and the lower the value, the better the formation. In the case of paper, the formation can be measured by using paper that has been made, and in the case of paperboard, the formation can be measured after dividing each layer of the multilayer paper. Paper or paperboard containing a large amount of CNF tends to deteriorate the formation due to poor dehydration, pulp flocculation, etc. However, the paper or paperboard of the present invention has a small amount of CNF added, so it deteriorates the formation. The effect of improving the paper strength of CNF can be obtained.
本発明のCNF含有紙または板紙は、古紙パルプを含むにもかかわらず優れた強度を有する。この理由は限定されないが、古紙パルプに含まれる微細繊維がCNFによって多く紙中に残留し、繊維間結合が強固になることに起因すると推察される。 The CNF-containing paper or paperboard of the present invention has excellent strength despite containing waste paper pulp. The reason for this is not limited, but it is assumed that a lot of fine fibers contained in the waste paper pulp remain in the paper due to CNF and the bond between fibers becomes strong.
本発明のCNF含有紙または板紙には、公知の方法によって、クリア塗工層または顔料塗工層を設けてもよい。 The CNF-containing paper or paperboard of the present invention may be provided with a clear coating layer or a pigment coating layer by a known method.
2.CNF含有紙または板紙の製造方法
本発明のCNF含有紙または板紙は、パルプスラリー(紙料)にCNFを混合し、当該試料を用いて抄紙することで製造できる。抄紙には長網抄紙機、ツインワイヤー抄紙機、円網式抄紙機等の公知の抄紙機を用いることができ、その抄紙条件も限定されない。本発明では全パルプ中20重量%以上の古紙パルプを必須として用いるが、これ以外に化学パルプ(針葉樹の晒クラフトパルプ(NBKP)または未晒クラフトパルプ(NUKP)、広葉樹の晒クラフトパルプ(LBKP)または未晒クラフトパルプ(LUKP)等)、機械パルプ(グランドパルプ(GP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)等)を、単独または任意の割合で混合して使用してもよい。本発明の紙または板紙においては古紙パルプとCNFを同一の紙層に含有させることが好ましく、板紙の場合は、いずれかの紙層が前記古紙パルプとCNFを含有していることが好ましい。抄紙時のpHは、酸性、中性、アルカリ性のいずれでもよい。当該パルプスラリーは抄紙時の歩留りが高い。この理由は限定されないが、前述のとおりCNFによって古紙パルプ中の微細繊維が多く紙中にとどめられるためと推察される。
2. Method for Producing CNF-Containing Paper or Paperboard The CNF-containing paper or paperboard of the present invention can be produced by mixing CNF with pulp slurry (paper material) and making paper using the sample. A known paper machine such as a long net paper machine, a twin wire paper machine, or a circular net type paper machine can be used for paper making, and the paper making conditions are not limited. In the present invention, waste paper pulp of 20% by weight or more in the total pulp is used as essential, but in addition to this, chemical pulp (coniferous bleached kraft pulp (NBKP) or unbleached kraft pulp (NUKP), hardwood bleached kraft pulp (LBKP) Or unbleached kraft pulp (LUKP), etc.), mechanical pulp (grand pulp (GP), thermomechanical pulp (TMP), chemithermomechanical pulp (CTMP), etc.) can be used alone or mixed in any proportion. Also good. In the paper or paperboard of the present invention, it is preferable to contain used paper pulp and CNF in the same paper layer. In the case of paperboard, it is preferable that any paper layer contains the used paper pulp and CNF. The pH during papermaking may be acidic, neutral, or alkaline. The pulp slurry has a high yield during papermaking. The reason for this is not limited, but it is presumed that many fine fibers in the waste paper pulp are retained in the paper by CNF as described above.
CNF含有紙または板紙は填料を含有してもよい。填料としては、ホワイトカーボン、タルク、カオリン、クレー、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、酸化チタン、合成樹脂填料、古紙由来の持ち込み填料等の公知の填料が挙げられる。中でも、環境面や紙の保存性等の観点から、炭酸カルシウムを使用して、紙面がpH6〜9となるように中性抄紙することが望ましい。 The CNF-containing paper or board may contain a filler. Examples of the filler include known fillers such as white carbon, talc, kaolin, clay, heavy calcium carbonate, light calcium carbonate, titanium oxide, synthetic resin filler, and carry-in filler derived from waste paper. Among these, from the viewpoints of the environment and the storage stability of paper, it is desirable to use calcium carbonate to make neutral papermaking so that the paper surface has a pH of 6-9.
さらに、CNF含有紙または板紙は、必要に応じて、硫酸バンド、サイズ剤、紙力増強剤、歩留まり向上剤、濾水性向上剤、着色剤、染料、消泡剤、嵩高剤等を含有してもよい。また、前述のとおり、公知の方法により、CNF含有紙または板紙の上に、クリア塗工層または顔料塗工層を設けることもできる。 Furthermore, the CNF-containing paper or paperboard contains a sulfuric acid band, a sizing agent, a paper strength enhancer, a yield improver, a drainage improver, a colorant, a dye, an antifoaming agent, a bulking agent, and the like as necessary. Also good. Moreover, as above-mentioned, a clear coating layer or a pigment coating layer can also be provided on a CNF containing paper or paperboard by a well-known method.
3.用途
本発明のCNF含有紙または板紙の用途は限定されず、例えば、オフセット印刷、グラビア印刷、インクジェット印刷、湿式または乾式電子写真印刷等の各種印刷用紙、感圧紙、感熱紙等の各種情報用紙、新聞用紙、包装用紙、はがき用紙、ライナーや中芯原紙などの段ボール原紙、板紙原紙、白板紙、家庭紙等に使用できる。
3. Uses The use of the CNF-containing paper or paperboard of the present invention is not limited, for example, various printing papers such as offset printing, gravure printing, inkjet printing, wet or dry electrophotographic printing, various information papers such as pressure sensitive paper, thermal paper, It can be used for newsprint paper, wrapping paper, postcard paper, cardboard base paper such as liner and core base paper, paperboard base paper, white paperboard and household paper.
[実施例1]
(1)CNFの製造
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%:日本製紙株式会社社製)5.00g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社製)39mg(絶乾1gのセルロースに対し0.05mmol)と臭化ナトリウム514mg(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)を溶解した水溶液500mLに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を次亜塩素酸ナトリウムが5.5mmol/gになるように添加し、室温にて酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応混合物をガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、パルプを十分に水洗して酸化パルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。パルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は1.6mmol/gであった。これを水で0.55%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、150Mpa)で3回処理して、酸化セルロースナノファイバーの水分散液を得た。酸化セルロースナノファイバー(以下「TEMPO−CNF」ともいう)の平均繊維径は3nm、アスペクト比は250であった。
[Example 1]
(1) Manufacture of CNF Bleached unbeaten kraft pulp derived from conifers (whiteness 85%: Nippon Paper Industries Co., Ltd.) 5.00 g (absolutely dried) TEMPO (produced by Sigma Aldrich) 39 mg (absolutely dried 1 g of cellulose) The solution was added to 500 mL of an aqueous solution in which 0.05 mmol) and 514 mg of sodium bromide (1.0 mmol with respect to 1 g of completely dry cellulose) were dissolved, and stirred until the pulp was uniformly dispersed. An aqueous sodium hypochlorite solution was added to the reaction system so that sodium hypochlorite was 5.5 mmol / g, and the oxidation reaction was started at room temperature. During the reaction, the pH in the system was lowered, but a 3M sodium hydroxide aqueous solution was sequentially added to adjust the pH to 10. The reaction was terminated when sodium hypochlorite was consumed and the pH in the system no longer changed. The reaction mixture was filtered through a glass filter to separate the pulp, and the pulp was sufficiently washed with water to obtain oxidized pulp (carboxylated cellulose). The pulp yield was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.6 mmol / g. This was adjusted to 0.55% (w / v) with water and treated three times with an ultra-high pressure homogenizer (20 ° C., 150 MPa) to obtain an aqueous dispersion of oxidized cellulose nanofibers. The average fiber diameter of the oxidized cellulose nanofiber (hereinafter also referred to as “TEMPO-CNF”) was 3 nm, and the aspect ratio was 250.
(2)CNF含有紙の製造
雑誌古紙由来の未脱墨古紙パルプ(日本製紙株式会社社製)をスリーワン・モーターにて500rpmの速度で撹拌し、パルプ100重量%に対し、1.5重量%(固形分)の硫酸バンド、0.025重量%のポリエチレンイミン、TEMPO−CNF、紙力剤として0.6重量%のポリアクリルアミド、0.2重量%のサイズ剤を順次添加し、パルプスラリーを調製した。TEMPO−CNFの添加量は古紙パルプ絶乾重量に対して、10ppmとした。当該CNF含有パルプの濾水度(c.s.f)は360mLであった。当該スラリーを濃度調整した後、抄紙機を用いて単層抄きの紙を製造した。坪量は27.7g/m2であった。当該紙について評価した。結果を表1に示す。
(2) Manufacture of CNF-containing paper Undeinked waste paper pulp (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) derived from magazine waste paper is stirred at a speed of 500 rpm with a three-one motor, and 1.5% by weight with respect to 100% by weight of pulp. (Solid content) sulfuric acid band, 0.025 wt% polyethyleneimine, TEMPO-CNF, 0.6 wt% polyacrylamide as paper strength agent, 0.2 wt% sizing agent were added in order, and the pulp slurry was Prepared. The amount of TEMPO-CNF added was 10 ppm with respect to the dry weight of waste paper pulp. The freeness (csf) of the CNF-containing pulp was 360 mL. After adjusting the concentration of the slurry, single layer paper was produced using a paper machine. The basis weight was 27.7 g / m 2 . The paper was evaluated. The results are shown in Table 1.
[実施例2]
CNFの量を1000ppmとした以外は、実施例1と同様にして紙を製造し、評価した。
[Example 2]
A paper was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the amount of CNF was 1000 ppm.
[比較例1]
CNFを添加しない以外は、実施例1と同様にして紙を製造し、評価した。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
A paper was manufactured and evaluated in the same manner as in Example 1 except that CNF was not added. The results are shown in Table 1.
[実施例3]
雑誌古紙由来の未脱墨古紙パルプの代わりに、新聞古紙由来の脱墨古紙パルプ(日本製紙株式会社社製、c.s.f 210mL)を用いた以外は、実施例1と同様にして紙を製造し、評価した。
[Example 3]
Paper in the same manner as in Example 1 except that deinked waste paper pulp derived from newspaper waste paper (Csf 210 mL, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) was used instead of undeinked waste paper pulp derived from magazine waste paper. Were manufactured and evaluated.
[実施例4、5]
TEMPO−CNFの量を1000ppm、10000ppmとした以外は、実施例3と同様にして紙を製造し、評価した。
[Examples 4 and 5]
A paper was produced and evaluated in the same manner as in Example 3 except that the amount of TEMPO-CNF was changed to 1000 ppm and 10,000 ppm.
[実施例6]
パルプを混ぜることができる撹拌機に、パルプ(NBKP(針葉樹晒クラフトパルプ)、日本製紙株式会社製)を乾燥重量で200g、水酸化ナトリウムを乾燥重量で111g加え、パルプ固形分が20重量%になるように水を加えた。その後、この混合物を30℃で30分撹拌した後にモノクロロ酢酸ナトリウムを216g(有効成分換算)添加した。この混合物を30分撹拌した後に、70℃まで昇温しさらに1時間撹拌した。その後、反応物を取り出して中和後、洗浄して、グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度0.25のカルボキシメチル化パルプを得た。その後、カルボキシメチル化パルプに水を加え、固形分濃度を1重量%に希釈し、高圧ホモジナイザー(処理圧150MPa)で5回処理し、CM化CNFとした。得られた繊維は、平均繊維径が15nm、アスペクト比が50であった。TEMPO−CNFの代わりに当該CM化CNFを用いた以外は、実施例4と同様にして紙を製造し、評価した。
[Example 6]
To a stirrer that can mix pulp, 200 g dry pulp (NBKP (conifer bleached kraft pulp), manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) and 111 g sodium hydroxide dry weight are added, resulting in a pulp solid content of 20% by weight. Water was added so that Then, after this mixture was stirred at 30 ° C. for 30 minutes, 216 g of sodium monochloroacetate (in terms of active ingredient) was added. The mixture was stirred for 30 minutes, then heated to 70 ° C. and further stirred for 1 hour. Thereafter, the reaction product was taken out, neutralized, and washed to obtain a carboxymethylated pulp having a carboxymethyl substitution degree of 0.25 per glucose unit. Thereafter, water was added to the carboxymethylated pulp to dilute the solid content concentration to 1% by weight, and it was treated five times with a high-pressure homogenizer (treatment pressure 150 MPa) to obtain C-converted CNF. The obtained fiber had an average fiber diameter of 15 nm and an aspect ratio of 50. A paper was produced and evaluated in the same manner as in Example 4 except that the CCM CNF was used instead of TEMPO-CNF.
[比較例2]
CNFを添加しない以外は、実施例3と同様にして紙を製造し、評価した。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
A paper was produced and evaluated in the same manner as in Example 3 except that CNF was not added. The results are shown in Table 1.
[比較例3および4]
雑誌古紙由来の未脱墨古紙パルプの代わりに、LBKP(日本製紙株式会社社製、420mL)を用いた以外は、比較例1および実施例2と同様にして紙を製造し、評価した。
[Comparative Examples 3 and 4]
Paper was produced and evaluated in the same manner as in Comparative Example 1 and Example 2 except that LBKP (Nippon Paper Industries Co., Ltd., 420 mL) was used instead of undeinked waste paper pulp derived from magazine waste paper.
[実施例7]
新聞古紙由来の脱墨古紙パルプ(日本製紙株式会社社製)50重量%とLBKP(日本製紙株式会社社製)50重量%をスリーワン・モーターにて500rpmの速度で撹拌し、当該パルプ100重量%に対し、1.5重量%(固形分)の硫酸バンド、0.025重量%のポリエチレンイミン、実施例1で調製したTEMPO−CNF、紙力剤として0.6重量%のポリアクリルアミド、0.2重量%のサイズ剤を順次添加し、パルプスラリーを調製した。TEMPO−CNFの添加量は古紙パルプ絶乾重量に対して、1000ppmとした。当該スラリーを濃度調整した後、抄紙機を用いて単層抄きの紙を製造した。坪量は38.4g/m2であった。当該紙について評価した。結果を表1に示す。
[Example 7]
50% by weight of deinked waste paper pulp (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) and 50% by weight of LBKP (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) from newspaper waste paper are stirred at a speed of 500 rpm by a three-one motor, and 100% by weight of the pulp 1.5 wt% (solid content) sulfuric acid band, 0.025 wt% polyethyleneimine, TEMPO-CNF prepared in Example 1, 0.6 wt% polyacrylamide as a paper strength agent, A pulp slurry was prepared by sequentially adding 2% by weight of a sizing agent. The amount of TEMPO-CNF added was 1000 ppm based on the dry weight of waste paper pulp. After adjusting the concentration of the slurry, single layer paper was produced using a paper machine. The basis weight was 38.4 g / m 2 . The paper was evaluated. The results are shown in Table 1.
[比較例5]
CNFを添加しない以外は、実施例7と同様にして紙を製造し、評価した。結果を表1に示す。
[Comparative Example 5]
A paper was produced and evaluated in the same manner as in Example 7 except that CNF was not added. The results are shown in Table 1.
[評価方法]
(1)坪量:JIS P 8223を参考にして測定した。
(2)厚さ:JIS P 8118に準じて測定した。
(3)密度:JIS P 8118を参考に上記(1)(2)で測定した坪量と厚さから求めた。
(4)灰分:JIS P 8251:2003に準じて測定した。
(5)引張強さ: JIS P8113に準じて測定した
(6)裂断長:JIS P81113:1998に準じて測定した。
(7)引張こわさ:Lorentzen&Wettre社製 引張強度測定機sEO62/064を用いて測定した。
(8)地合指数:野村商事株式会社製フォーメンションテスター「FMT−MIII」を用いて測定した。地合は、値が低いほど良好であることを示す。
[Evaluation methods]
(1) Basis weight: measured based on JIS P 8223.
(2) Thickness: Measured according to JIS P 8118.
(3) Density: The density was determined from the basis weight and thickness measured in the above (1) and (2) with reference to JIS P 8118.
(4) Ash content: Measured according to JIS P 8251: 2003.
(5) Tensile strength: measured according to JIS P8113 (6) Breaking length: measured according to JIS P81113: 1998
(7) Tensile stiffness: Measured using a tensile strength measuring instrument sEO62 / 064 manufactured by Lorentzen & Wettre.
(8) Geographic index: Measured using a formation tester “FMT-MIII” manufactured by Nomura Corporation. The formation shows that the lower the value, the better.
本発明の紙は、従来の紙に比べて強度に優れる。 The paper of the present invention is superior in strength compared to conventional paper.
Claims (7)
少なくとも1つの紙層が、当該紙層のパルプに対して3〜10,000重量ppmのセルロースナノファイバーを含有する、紙または板紙。 Containing 20% by weight or more of waste paper pulp,
Paper or paperboard, wherein at least one paper layer contains 3 to 10,000 ppm by weight of cellulose nanofibers relative to the pulp of the paper layer.
古紙パルプおよびセルロースナノファイバーを含有するパルプスラリーを抄紙する工程を含む、紙または板紙の製造方法。
A method for producing the paper or paperboard according to any one of claims 1 to 6,
A method for producing paper or paperboard, comprising a step of papermaking a pulp slurry containing waste paper pulp and cellulose nanofibers.
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